Как создать домашнюю сеть
«Я планов наших люблю громадьё…»
С чего все начиналось
В середине 90-х годов у нас с приятелем появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. С тех пор эксперименты и опыты не прекращались ни на день. Чего мы с ними только не вытворяли! Кроме всего прочего, мы, естественно, играли в различные игры, которые отнимали большую часть компьютерного времени. Спустя некоторое время это занятие начало нам приедаться, так как интеллект искусственных соперников оставлял желать лучшего. Хотелось схватки с реальным противником. Тогда мы полезли в специальную литературу и выяснилось, что в некоторые игры можно играть вдвоем. Для этого нужно было соединить два компьютера специальным нуль-модемным кабелем. Купить такой кабель мы в то время не могли, да и расстояние между компьютерами оказалось великовато — 70 метров (мы живем в разных подъездах). Бывшие в продаже кабели имели максимальную длину 25 метров. А вот сделать такой кабель самим оказалось парой пустяков, поскольку мы оба умели держать в руках паяльник. Протянув сделанный кабель с балкона на балкон, мы три дня подряд до боли в пальцах играли друг против друга в авиационный симулятор F-29. Когда прошел первый ажиотаж, пришла пора экспериментов. Выяснилось, что с помощью такой простейшей домашней сети можно обмениваться файлами. До этого, как только появлялось что-нибудь новенькое, мы бегали друг к другу с пачками дискет, которых с каждым разом становилось все больше и больше. Но радовались мы рано! Скорость передачи данных оказалась крайне низкой, около 1,5 Кбайт/сек, то есть примерно в 100 раз медленнее, чем с дискеты на жесткий диск. Второе разочарование постигло нас через неделю, когда протянутый нами «на авось» кабель под действием собственного веса разорвался где-то в середине, и связь оборвалась. Последней каплей было появление нашего общего друга. Выслушав наши восторженные вопли по поводу игры вдвоем, он с пренебрежением заметил, что для этого есть модем. Когда же он узнал, что для этого совсем не обязательно использовать телефонную линию, то тут же изъявил желание пополнить наши ряды. Но никто из нас так и не смог придумать, как с помощью нуль-модемного кабеля объединить в сеть больше двух компьютеров. Все это заставило нас снова лезть в компьютерную литературу и прессу. Именно тогда мы впервые натолкнулись на слово, которое используем и сегодня. Это слово — Ethernet.
 |
|
«Я планов наших люблю громадьё…»
Хочу с самого начала заметить, что построение домашней сети — дело непростое, и в одиночку тут не справиться. Вам понадобится команда как минимум из трех человек, но в крайнем случае, хватит и двоих.
Как-то зимним вечером трое из нас собрались на чашечку чая. К тому времени у каждого из нас были свои соображения, как будет выглядеть будущая сеть.
В результате длительного обсуждения родился проект с названием «Кольцо». В нем было три основных этапа. На первом этапе планировалось создание сети в пределах подъезда. Следующим шагом должно было стать объединение подъездов отдельного жилого дома. В завершающей фазе планировалось объединение восьми домов в единую сеть. Для увеличения отказоустойчивости было предложено замкнуть сеть в кольцо. Расположение домов благоприятствовало этому.
Далее был определен круг задач, решаемых сетью: во-первых, игры с участием большого числа игроков; во-вторых, обмен программным обеспечением и создание различных файловых архивов, в том числе музыкального и видеоархива; в-третьих, возможность общения друг с другом голосом без использования телефонии, проведение видеоконференций. В перспективе планировалось также подключение к сети Интернет, наличие электронной почты, Web-сервера сетевого сообщества.
Покончив с теоретической частью, мы перешли к выбору оборудования. При этом мы руководствовались следующими критериями:
- Надежность сети.
- Стоимость оборудования.
- Возможности расширения.
- Наращивание пропускной способности.
Почему именно так, а не иначе? Попробуем разобраться.
|
|
Оборудование
Как я уже говорил, создание домашней сети — дело непростое, порой куда более сложное, нежели создание офисной сети. Тому есть несколько причин. Расстояние между группой компьютеров в офисе, как правило, не превышает 15-20 метров, что существенно упрощает проектирование сети и уменьшает стоимость коммуникаций. В домашней сети эта цифра составляет 60-100 метров.
Далее, офис — это частная территория, где вы чувствуете себя как дома. Это дает вам практически неограниченную свободу в выборе маршрутов и методов прокладки кабеля и размещения активного оборудования. Кроме того, вероятность вмешательства посторонних лиц крайне мала. В домашней сети большинство проводов приходится прокладывать в стояках и трубах, а также по чердакам, подвалам и крышам. Эти места не являются частной собственностью, поэтому вам необходимо прежде получить разрешение от ЖЭК и других инстанций. Если же этого не сделать, у вас могут срезать все провода, потому как «не положено». Исключение составляют лишь кооперативные дома, жильцы которых являются владельцами всего дома. Там большинство вопросов можно решить голосованием самих жильцов. Однако количество таких домов очень невелико. Помимо административных помех, очень велика вероятность постороннего вмешательства. В один прекрасный день вы можете обнаружить, что кто-то позаимствовал у вас десятиметровый кусок кабеля (одному Богу известно, зачем). Частенько на чердаках и в подвалах водятся крысы, которые всегда не прочь скушать на десерт кусочек вашего провода. Все это увеличивает расходы на прокладку кабеля и его амортизацию.
И, наконец, немаловажный фактор — это деньги. На работе вы всегда можете убедить начальство приобрести то или иное оборудование, сделав основной упор на надежность и быструю окупаемость. Домашняя сеть — дело некоммерческое, прибылями тут и не пахнет. Все финансирование идет из кармана пользователя, поэтому стоимость оборудования играет здесь гораздо большую роль. Каждый хочет знать, что заработанные им деньги потрачены не впустую.
Несмотря на это, в достаточно большой сети на первый план снова выходит надежность. Поэтому при выборе оборудования мы руководствовались критерием «качество/цена».
Выбирать нам предстояло между коаксиальным кабелем (coax), витой парой (twisted pair) и оптическим волокном (fiber optic). Характеристики этих типов коммуникаций приведены в таблице.
|
Интерфейс |
Топология сети |
Длина сегмента |
Пропускная способность |
Надежность |
Масштабируемость |
Рост пропускной способности |
Цена |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
10Base-2 |
«Шина» |
180 м |
10 Мбит/c |
Низкая |
Хорошая |
Нет |
Низкая |
|
10Base-T |
«Звезда» |
100 м |
10 Мбит/c |
Высокая |
Хорошая |
Да |
Средняя |
|
FDDI |
«Звезда» |
2 км |
10 Мбит/c |
Высокая |
Хорошая |
Да |
Высокая |
От оптоволокна сразу пришлось отказаться из-за непомерно высокой стоимости. Кроме того, самое большое достоинство волокна — большая длина сегмента — оставалось невостребованным. Расстояние между домами в нашем случае не превышало 150 метров. Споры развернулись вокруг коаксиального кабеля и витой пары. В конце концов решили использовать оба вида кабеля, используя сильные стороны каждого.
Топология «шина» имеет два серьезных недостатка: низкую надежность и ненаращиваемую пропускную способность. В случае повреждения коаксиального кабеля в каком-нибудь месте неработоспособным оказывается весь сегмент. В домашней сети по причинам, описанным выше, вероятность разрыва очень высока. Поиск и устранение разрыва очень трудоемки и требуют наличия специального оборудования. Кроме того, «шина» не позволяет коммутировать потоки данных, поэтому загруженность сети растет пропорционально числу пользователей. От всех этих недостатков освобождена топология «звезда». Разрыв одного из соединений «концентратор-пользователь» никак не сказывается на работе оставшегося сегмента. Замена концентратора на коммутатор позволяет более эффективно использовать пропускную способность сети. Поэтому внутри дома было решено использовать витую пару, а между домами — коаксиальный кабель. В дальнейшем мы планировали заменить коаксиальный кабель оптическим волокном, а активное оборудование для витой пары поменять на более современное, поддерживающее пропускную способность до 100 Мбит/с.
Сетевые адаптеры. Чтобы облегчить дальнейший переход на 100 Мбит/с, мы решили с самого начала использовать сетевые платы, рассчитанные на 10 и 100 Мбит/с. Остановились на двух моделях: 3Com 3C905-TX и Intel EtherExpress 100. Эти надежные высокоскоростные адаптеры имеют стабильно работающие драйверы практически под любую операционную систему. Наше тестирование выявило две очень приятные особенности. Одна из них заключается в том, что при работе на машинах с процессором Pentium младших моделей сетевая плата от Intel показала наименьшую загрузку центрального процессора. Второй приятный сюрприз нам преподнесла 3Com. Выяснилось, что использование адаптеров этой фирмы позволяет увеличить максимальную длину сегмента до 150 метров без ухудшения его пропускной способности. Это позволило нам отказаться от использования коаксиального кабеля, используя при соединении домов витую пару.
Концентраторы. При выборе концентраторов мы остановили свой выбор на оборудовании компании Allied Telesyn (средняя цена за порт — 15 долл.). Оборудование от 3Com и Intel оказалось нам не по карману (средняя цена за порт — 20 долл.). Как выяснилось позже, по надежности и производительности концентраторы от Allied Telesyn не уступают аналогичным от 3Com. Кроме того, у них имелся ряд приятных особенностей. Наличие встроенного блока питания позволило сократить до минимума количество проводов. Собственная система охлаждения позволила размещать концентратор в малых замкнутых объемах, таких как электрощиты. А индикатор эффективной загрузки позволяет быстро оценить резервные возможности данного участка сегмента.
Витая пара. Существующие кабели делятся на группы в зависимости от частоты передаваемого сигнала, помехоустойчивости и места прокладки. Пропускная способность, зависящая от частоты сигнала, описывается категорией витой пары. На сегодняшний день наибольшее распространение получила витая пара категории 5, позволяющая передавать по одной паре сигнал частотой 100 МГц и обеспечивающая суммарную пропускную способность 100 Мбит/с в полудуплексном режиме (передача по двум парам) и 200 Мбит/с в полнодуплексном режиме (передача по четырем парам). В зависимости от помехозащищенности витая пара делится на неэкранированную (UTP) и экранированную (FTP и STP). Различают витую пару для внутренней и наружной прокладки. Последняя отличается повышенной стойкостью к перепаду температур. Кроме того, кабели от различных производителей имеют разную жесткость. Это обстоятельство следует учитывать при прокладывании сегмента с большим числом изгибов.
Мы использовали неэкранированную витую пару UTP категории 5. После тестирования протянутых сегментов несколько из них пришлось заменить на FTP категории 5 из-за сильных электромагнитных наводок от кабелей высокого напряжения.
Разъемы, розетки, колпачки. Практически все ныне существующие разъемы для UTP категории 5 при скоростях 10 Мбит/с обеспечивают низкие потери и хорошее качество соединения. Однако при переходе на 100 Мбит/с возможны проблемы, если при покупке разъемов вы руководствовались лишь ценой. Особенно это заметно на длинных сегментах, приближающихся к 100 метрам. Потери в разъеме низкого качества могут сыграть с вами злую шутку. Поэтому при покупке разъемов лучше не мелочиться, тем более что обычно их цена не превышает доллара за штуку. Неплохие разъемы выпускает компания AMP.
С розетками дело обстоит проще. Использование розеток категории 5 обычно не доставляет неудобств. Стоимость их колеблется в пределах 3-10 долл. Мы использовали розетки фирмы Siemon.
Советую также не забывать про колпачки для разъемов витой пары. Они обеспечивают дополнительную жесткость в местах соединения разъема и кабеля. Это увеличивает срок жизни разъемов. Стоимость колпачков не превышает несколько центов за штуку.
Инструмент. Если ваша сеть будет состоять из 4-5 машин и дальнейшего расширения не предвидится, то покупать специальный инструмент для обжима и разделывания разъемов нет смысла. Гораздо дешевле найти его у знакомых и попросить на недельку. То же самое относится к инструменту для розеток и различным кабельным тестерам. Если же в дальнейшем сеть будет расти, то вам обязательно потребуется инструмент для разъемов нужного типа. Средняя цена такого инструмента для одного типа разъемов составляет приблизительно 30-40 долл. Кроме того, если денег у вас немного, можно обойтись без инструмента для розеток, используя вместо него обычную прямую отвертку с тонким шлицом. Вместо кабельного тестера качество линии можно проверить на программном уровне при помощи команды ping. Если вы плохо обжали разъем или повредили кабель, потери пакетов на сегменте это тут же выявят. Кроме того, это позволит вам оценить эффективную пропускную способность сегмента и его загруженность в данный момент.
Разные мелочи. Для прокладки проводов внутри подъезда вам понадобятся пластиковые защелки для стягивания проводов в жгут и крепления его к арматуре. Разноцветные защелки предназначены для использования внутри помещений. Для крепления наружных кабелей используют термостабилизированные защелки черного цвета. Они выдерживают перепад температур в несколько десятков градусов. Для работы в подъездах запаситесь куском жесткой проволоки трехметровой длины и карманным фонариком.
|
|
Советы бывалого
Итак, у вас есть все необходимое. В первую очередь выберите место для концентратора. Если вы планируете создать маленькую сеть в подъезде, то самое удобное и безопасное решение — разместить концентратор в квартире. Затем необходимо расширить отверстие для проводов, ведущее с лестничной площадки в квартиру, или просверлить дополнительное. Если же число проводов превышает пять, то удобнее размещать концентратор в электрощите на лестничной клетке. Здесь вам придется позаботиться лишь о навесном замке. Не забудьте оповестить об этом соседей — меньше будет шума в дальнейшем!
При подключении нескольких подъездов наилучшее расположение концентратора — электрощит последнего (первого) этажа либо чердак. При таком расположении существенно облегчается создание основной магистрали и дальнейшее масштабирование сети.
Прокладывая провода между этажами, старайтесь пропускать их через одно и то же отверстие в перекрытиях. Если отверстие уже частично занято, воспользуйтесь куском жесткой проволоки, прикрепив ее к витой паре изоляционной лентой. После того как вы закончите прокладку всех кабелей в данном стояке, объедините их в жгуты с помощью защелок и прикрепите к арматуре или стене. Это предохранит кабель от внутренних разрывов под действием собственного веса. В заключение прикрепите к жгутам таблички вида «Осторожно! Высокое напряжение!»: чем меньше будет исследователей «внутренностей» ваших проводов — тем лучше.
При укладке кабеля не рекомендуется делать перегибов, и уж тем более различного вида узлов. В конечном итоге это приводит если не к обрыву, то к уменьшению пропускной способности.
Как показывает опыт, наибольшим повреждениям подвергается часть сегмента, идущая по квартире. Здесь на кабель могут наступить, придавить ножкой стула, разорвать… Был даже случай, когда кошка перегрызла одну из жил витой пары. Избаловали ее резиновыми мышами, вот она и приняла кабель за хвост одной из них! Иногда люди решают перенести компьютер в совершенно противоположный конец квартиры. Чтобы потом не мучиться, советую вам при входе в квартиру разорвать сегмент при помощи розетки: тогда в случае повреждения или нехватки придется перетягивать кусок не более 20 метров.
Для прокладывания магистрали лучше использовать не подвальные, а чердачные помещения. Там менее агрессивная внешняя среда, меньше вероятность появления грызунов.
|
|
Объединение домов
Как только будет построена сеть в пределах одного дома, тут же найдутся желающие из соседних домов. Какие сложности могут возникнуть при объединении нескольких домов? Сначала нужно решить, где вы будете прокладывать кабель, — под землей или по воздуху. Второй вариант предпочтительнее по нескольким причинам. Для прокладки кабеля под землей вам скорее всего придется платить за аренду организациям, которым принадлежат подземные колодцы. Кроме того, там всегда очень много грызунов, что потребует дополнительных расходов на защиту ваших линий связи. Для воздушной прокладки теоретически тоже требуется разрешение, однако зачастую можно обойтись и без него. Ну, а птиц, клюющих висящие кабели, я пока в наших краях не встречал!
При наружной протяжке вам потребуется несущая струна, предохраняющая кабель от растяжений и разрывов. Можно обойтись и без нее, но тогда время жизни сегмента уменьшается. Особенно неприятны в этом отношении оттепели, когда на проводах образуется ледяная корка.
В качестве несущей подойдет струна из любого материала, имеющего низкий коэффициент линейного расширения/сжатия и слабо поддающегося окислению. Мы использовали биметаллический провод (стальной провод в медной оболочке), снятый со старых телеграфных столбов. Витая пара крепилась к нему с помощью термостабилизированных защелок через каждые 1,5-2 метра.
Еще одна проблема возникает, когда количество концентраторов становится больше четырех. Для подключения пятого концентратора необходимо разрывать сегмент при помощи коммутатора или маршрутизатора. Это влечет за собой значительные расходы, так как стоимость коммутатора или маршрутизатора на порядок больше стоимости концентратора. Эксперименты с каскадированием пяти концентраторов показали, что работоспособность сети сохраняется, но резко возрастает загруженность сети и начинают теряться пакеты. Стало ясно, что без коммутаторов не обойтись. Вместо них были поставлены компьютеры на базе IBM 486, выполняющие роль маршрутизаторов. Каждый такой маршрутизатор обходится в два раза дешевле, чем коммутатор, и в пять раз дешевле младших моделей маршрутизаторов фирмы Cisco. В качестве операционной системы была выбрана одна из некоммерческих версий Unix. Имеет также смысл устанавливать подобные маршрутизаторы на каждые 15-20 человек для более эффективного использования основной магистрали.
|
|
Интернет
Ну что ж, вас можно поздравить. У вас все замечательно. Сеть растет, ширится. Открываются все новые возможности ее использования. Давно уже сделан выделенный сервер для хранения программ, музыки, видеофильмов. Все уже забыли про телефон — сеть намного удобнее. Давно забыты те времена, когда вы играли один на один с примитивным электронным интеллектом. Сейчас к вашим услугам десяток умных и тренированных противников. Настал момент перехода вашей сети на качественно новый уровень — объединение в глобальную сеть Интернет.
Существуют различные способы подключения. Самый простой из них — с помощью модема и телефонной линии. Установив модем в выделенный сервер, вы обеспечите сети из 4-5 машин полноценный выход в Интернет. Вот только скорость передачи информации будет весьма невысокой — не более 5 Кбайт/с. Учитывая, что оплата идет за время, проведенное на линии, много вы за свои деньги не получите. Кроме того, при таком способе не совсем понятно, как распределять оплату за пользование Интернетом между пользователями.
Следующий способ — выделенная линия. Здесь все зависит от того, какой тип физической линии вы сможете использовать. Если у вас есть возможность подключиться к медной паре или оптоволокну, то пропускная способность вашего выхода в большой мир резко возрастет. На практике для подключения сети из 50 машин вполне достаточно пропускной способности 256 Кбит/с. Оплата такого канала складывается из стоимости аренды физической линии и количества информации, помноженной на стоимость одного мегабайта. В результате каждый пользователь будет рассчитывать свои аппетиты в зависимости от толщины своего кошелька.
Нередко бывает так, что вы удалены от ближайшего провайдера на несколько километров и между вами не существует готовых линий связи. Прокладка оптоволокна на такие расстояния обойдется вам в несколько десятков тысяч долларов. Это по силам маленькому городу, но никак не домашней сети. В этом случае организуется выделенная линия связи с помощью радиоволн. Современное оборудование для организации радиоканалов обеспечивает пропускную способность до 10 Мбит/с.
Стоимость аренды диапазона частот у фирм, имеющих на них лицензию, не превышает нескольких сот долларов.
|
|
Заключение
Напоследок мне хочется упомянуть о двух аспектах: административном и финансовом. Большая разветвленная домашняя сеть требует большого внимания и трудозатрат, а ее обслуживание отнимет у вас намного больше времени, нежели вы затратили при ее постройке. Рано или поздно вам придется создавать административную структуру вашей сети. Одним из способов является деление сети на структурные единицы (подъезд, дом) и закрепление их за конкретными людьми. В обязанности такого администратора должно входить подключение новых пользователей, техническая поддержка уже подключенных машин, решение различных административных и финансовых вопросов. Кроме того, вам потребуется отдельный человек на должность системного администратора. Он будет следить за работой маршрутизаторов и выделенных серверов.
В таком сложном организме, как сеть, всегда будут происходить перебои и поломки. То кабель разрезали, то маршрутизатор отказал, то вышла из строя сетевая плата. Для оперативного решения этих проблем вам понадобится резервный денежный фонд. Создавать его надо заранее и ежемесячно пополнять. Попытки собрать деньги со всех пользователей в момент поломки могут занять несколько дней, а то и недель. Кроме того, без такого фонда вы не сможете проводить своевременную модернизацию сети. И, наконец, вам придется платить вашим администраторам какие-то деньги. Ведь энтузиазм не бесконечен — все однообразное надоедает. Чтобы сберечь людей и нервы, целесообразно ввести ежемесячную абонентскую оплату. В зависимости от толщины кошелька ваших пользователей и размеров сети, она может составлять от 50 до 150 рублей в месяц. После нескольких месяцев работы вы сами сможете установить оптимальный ежемесячный взнос.
КомпьютерПресс 3'2000
